高中物理电容器的动态分析专题辅导
电容器的动态变化分析
电容器的动态变化分析电容器是一种能够存储电荷的电子元件，它由两个导体板之间夹着电介质组成。
在外加电压作用下，电容器会聚集正负电荷并储存电能。
电容器的动态变化分析主要参考其充放电过程，包括充电、放电和衰减三个阶段。
首先，我们来看电容器的充电过程。
当电压源连接到电容器上时，电压源会将正电荷送入一个导体板，同时从另一个导体板吸取相同数量的负电荷。
这样，电容器内的电荷就开始聚积，并且越来越多的电荷被储存在电容器中。
充电过程中，电容器的电压逐渐增加，直到达到电压源的电压，此时电容器被充满，不再接受更多的电荷。
接下来，我们来看电容器的放电过程。
当电容器上的电压源断开，即电压源不再提供电荷时，电容器中的电荷开始流向外部电路。
这是因为导体板上的正负电荷会吸引彼此，并且通过外部电路的导线流动。
在放电过程中，电容器的电荷越来越少，导致电容器的电压也逐渐降低，直到电容器完全放电为止。
最后，我们来看电容器的衰减过程。
当电容器被充满或放空后，电容器中的电荷不会立即消失。
相反，电容器内的电荷会因为一些因素的影响而逐渐减少。
其中最主要的因素是电容器内部的电阻和电介质的损耗。
电容器的电阻会导致电荷的漏失，而电介质的损耗会导致电荷的耗散。
因此，电容器的电荷衰减过程是一个逐渐减少的过程，电容器的电压也会随之减小。
在电容器的动态变化分析中，我们需要考虑电容器的电压-电荷关系。
根据电容器的定义，电容器的电压和电荷量之间存在线性关系，即Q=CV，其中Q为电容器的电荷，C为电容器的电容量，V为电容器的电压。
根据这个关系，我们可以通过测量电容器的电压和电荷量来确定电容器的特性。
总结起来，电容器的动态变化分析主要涉及充电、放电和衰减三个阶段。
在充电过程中，电压源将电荷送入电容器，使其电压逐渐增加；在放电过程中，电容器中的电荷通过外部电路流向导线，使电容器的电压逐渐降低；在衰减过程中，电容器内部的电阻和电介质的损耗导致电荷逐渐减少，使电容器的电压减小。
高中物理电容器的动态分析 专题辅导
高中物理电容器的动态分析 对于电容器的动态分析问题，我们一定要注意两个关系式，即定义式U Q C =和决定式kd4S C πε=（此式虽然不要求定量计算，但有助于我们理解一些物理量的变化对电容器电容大小的影响），在分析解决问题时可同时应用。
在综合应用电容和电场的知识时，应注意电容器充电后切断电源（Q 不变）和不切断电源（U 不变）两种不同情况。
一、保持电容器两极板电压不变的情况例1. 两块大小、形状完全相同的金属板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连的电路如图1所示。
接通开关S ，电源即给电容器充电：（ ）A. 保持S 接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小；B. 保持S 接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大；C. 断开S ，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小；D. 断开S ，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大。
解析：S 接通保持U 不变，由场强dU E =得d 减小，E 增大，故A 错误；插入介质后，C 增大，根据CU Q =可知极板上的电量增大，故B 正确；当S 断开时，极板上的电量不变，减小板间距离，则C 增大，据U Q C =可知U 减小，故C 正确；在两极板间插入介质，则C 增大，据UQ C =可知U 减小，故D 错误，故答案应为BC 。
点评：解答本题关键是S 接通时，两极板间电压不变；断开S 时，两极板间所带电量不变，同时我们能够看出利用kd 4S C πε=这一电容的决定式定性的分析电容器的变化很方便。
二、保持电容器两极板电量不变的情况例2. 如图2所示，一平行板电容器经开关S 与电池相连，闭合S 后又断开，电容器的负极板接地，在两极板间a 点有一电量非常小的正电荷，以E 表示两极板间的电场强度，U 表示电容器的电压，ε表示正电荷在a 点的电势能，现将电容器的A 板稍微下移，使两板间的距离减小，则：（ ）A. U 变小，E 不变；B. U 变大，ε变大；C. U 变小，ε不变；D. U 不变，ε不变。
电容器的动态分析问题(学生版)
微专题 电容器的动态分析问题【核心考点提示】1．电容器的充、放电(1)充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能．(2)放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能．2．对公式C ＝Q U 的理解 电容C ＝Q U，不能理解为电容C 与Q 成正比、与U 成反比，一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的，与电容器是否带电及带电多少无关．3．两种类型的动态分析思路(1)确定不变量，分析是电压不变还是所带电荷量不变．(2)用决定式C ＝εr S 4πkd分析平行板电容器电容的变化． (3)用定义式C ＝Q U分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化． (4)用E ＝U d分析电容器两极板间电场强度的变化． 【经典例题选讲】【例题1】如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一固定在P 点的点电荷，以E 表示两板间的电场强度，E p 表示点电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角。
若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则( )A ．θ增大，E 增大B ．θ增大，E p 不变C ．θ减小，E p 增大D ．θ减小，E 不变【变式1-1】(多选)如图所示，平行板电容器与直流电源连接，下极板接地，一带电油滴位于电容器中的P 点且处于静止状态，现将上极板竖直向上移动一小段距离，则( )A ．带电油滴将沿竖直方向向上运动B ．P 点电势将降低C ．电容器的电容减小，极板带电荷量减小D ．带电油滴的电势能保持不变【变式1-2】(多选)如图所示，平行板电容器与直流电源、理想二极管(正向电阻为零可以视为短路，反向电阻无穷大可以视为断路)连接，电源负极接地。
初始电容器不带电，闭合开关稳定后，一带电油滴位于电容器中的P 点且处于静止状态。
下列说法正确的是 ( )A ．减小极板间的正对面积，带电油滴会向上移动，且P 点的电势会降低B ．将上极板向下移动，则P 点的电势不变C ．将下极板向下移动，则P 点的电势升高D ．无论哪个极板向上移动还是向下移动，带电油滴都不可能向下运动[强化训练]1.如图所示的实验装置中，平行板电容器的极板A接地，极板B与一个灵敏的静电计相接.A极板向上移动，减小电容器两极板的正对面积时，电容器所带的电荷量Q、电容C、两极间的电压U，电容器两极板间的场强E的变化情况是()A.Q变小，C不变，U不变，E变小B.Q变小，C变小，U不变，E不变C.Q不变，C变小，U变大，E不变D.Q不变，C变小，U变大，E变大2.两个较大的平行金属板A、B相距为d，分别接在电压为U的电源正、负极上，这时质量为m、带电荷量为－q 的油滴恰好静止在两板之间，如图1所示．在其他条件不变的情况下，如果将两板非常缓慢地水平错开一些，那么在错开的过程中()A．油滴将向上加速运动，电流计中的电流从b流向aB．油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向bC．油滴静止不动，电流计中的电流从b流向aD．油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b3.如图所示，平行板电容器与电动势为E′的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略．一带负电油滴被固定于电容器中的P点．现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则()．A．平行板电容器的电容将变小B．静电计指针张角变小C．带电油滴的电势能将减少D．若先将上极板与电源正极的导线断开，再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变4.一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。
高考物理二轮复习：关键题特训：电容器和直流电路的动态分析
电容器和直流电路的动态分析(限时：45分钟)一、单项选择题1． 用图1所示的电路可以测量电阻的阻值．图中R x 是待测电阻，R 0是定值电阻，是灵敏度很高的电流表，MN 是一段均匀的电阻丝．闭合开关，改变滑动头P 的位置，当通过电流表的电流为零时，测得MP ＝l 1，PN ＝l 2，则R x 的阻值为 ( )图1A.l 1l 2R 0 B.l 1l 1＋l 2R 0 C.l 2l 1R 0 D.l 2l 1＋l 2R 0 答案 C解析 设R 0、R x 与三者的结点为Q ，当通过电流表的电流为零时，说明φP ＝φQ ，则UR 0＝UR MP ，U Rx ＝UR PN ，IR 0＝IR x ＝I 0，IR MP ＝IR PN ＝I ，故I 0R 0＝IR MP ，I 0R x ＝IR PN .两式相除有R 0R x ＝R MP R PN ，所以R x ＝R PN R MP R 0＝l 2l 1R 0，正确选项为C. 2． 如图2所示，为一小灯泡的伏安特性曲线，横轴和纵轴分别表示电压U 和电流I .图线上点A 的坐标为(U 1，I 1)，过点A 的切线与纵轴交点的纵坐标为I 2.小灯泡两端电压为U 1时，电阻等于 ( )图2A.I 1U 1B.U 1I 1C.U 1I 2D.U 1I 1－I 2答案 B解析 由于小灯泡的伏安特性曲线上，每一点的电压坐标与电流坐标的比值，对应这一状态下的电阻，所以小灯泡两端电压为U 1时，电阻等于U 1I 1，B 正确． 3． 如图3所示，甲、乙两电路中电源完全相同，外电阻R 1>R 2，两电路中分别通过相同的电荷量q 的过程中，下列判断正确的是 ( )图3A．电源内部产生电热较多的是甲电路B．R1上产生的电热比R2上产生的电热少C．电源做功较多的是甲电路D．电源效率较高的是甲电路答案 D解析电源内部产生电热Q＝I2rt＝Iqr，由于外电阻R1>R2，甲电路电流较小，电源内部产生电热较少的是甲电路，选项A错误．外电阻产生电热Q＝I2Rt＝IqR＝Uq，U1>U2，R1上产生的电热比R2上产生的电热多，选项B错误．两电路中分别通过相同的电荷量q的过程中，两电源做功相等，选项C错误．电源效率较高的是甲电路，选项D正确．4．在如图4所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，灯泡L的电阻大于电源的内阻r.闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P由a向b移动的过程中，下列各物理量的变化情况正确的是()图4A．电流表的读数先减小后增大B．灯泡L变亮C．电源输出功率先增大后减小D．电压表的读数先增大后减小答案 D解析由简化电路图可知，滑动变阻器的右半部分与电流表A串联，再与左半部分并联，并联部分与灯泡串联后再与电压表并联，电压表测路端电压．滑片P向左滑动，当两支路电阻相等，即R A＋R a＝R b时，并联路段电阻最大，因此并联路段的电阻先增大后减小，外电路总电阻先增大后减小，由串联分压可知路端电压先增大后减小，选项D正确；电流表刚开始测干路电流，随着P由a向b移动，电流表示数逐渐变小，P滑到b端，电阻R和电流表被短路，电流表示数为零，A错误；外电路电阻增大时，流过灯泡的电流减小，灯泡分压减小，灯泡变暗，选项B错误；外电路电阻越接近电源内阻，电源输出功率越大，由于灯泡电阻大于电源内阻，因此外电路电阻总大于电源内阻，随着外电阻的增大，输出功率逐渐减小，选项C错误．5．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图5所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值，电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是()图5A．U越大，表示ρ越大，ρ与U成正比B．U越大，表示ρ越小，ρ与U成反比C．U越大，表示ρ越大，但ρ与U不成正、反比关系D．U越大，表示ρ越小，但ρ与U不成正、反比关系答案 C解析根据题意，设氧化锡传感器的电阻为R1＝kρ，电源的电动势为E，内阻为r，电压表的示数U＝ER0 kρ＋r＋R＋R0，ρ越大，U越大，但U与ρ既不成正比也不成反比，选项C正确．6．在如图6所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C为电容器，、为理想电流表和理想电压表．在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是()图6A．a点的电势降低B．电压表示数变小C．电流表示数变小D．电容器C所带电荷量增多答案 A解析在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，外电路电阻减小，电源输出电流变大，路端电压减小，R1两端电压升高，故a点的电势降低，电压表示数变大，电流表示数变大；因R 2与R 3并联，R 2两端电压降低，故电容器C 两端电压降低，电容器C 所带电荷量减少，选项A 正确，B 、C 、D 错误．7． 如图7所示，两极板间距为d 的平行板电容器与一电源相连，距上极板d 处有一质量为m 、带电量为q 的小球自由释放，穿过上极板的小孔后，恰好能到达下极板，若将下极板向上平移d 4，小球仍从同一位置释放，则下列说法正确的是 ( )图7A ．仍能到达下极板，且速度恰好为0B ．仍能到达下极板，且速度大于0C ．不能到达下极板，距离上极板最大距离为3d 5D ．不能到达下极板，距离上极板最大距离为d 2答案 C解析 由动能定理，开始有2mgd －qEd ＝0，下极板平移后，设小球在平行板电容器中下降高度为x ，则有mg (d ＋x )－qE ′x ＝0，又U ＝Ed ＝E ′·34d ，联立解得x ＝35d ，选项C 正确，选项A 、B 、D 错误．8． A 、B 两块正对的金属板竖直放置，在金属板A 的内侧表面系一绝缘细线，细线下端系一带电小球．两块金属板接在如图8所示的电路中，R 1为光敏电阻，R 2为滑动变阻器，R 3为定值电阻，当R 2的滑动触头P 在中间时闭合开关S ，此时电流表和电压表的示数分别为I 和U ，带电小球静止且绝缘细线与金属板A 的夹角为θ.已知电源电动势E 和内阻r 一定，光敏电阻随光照的增强电阻变小，以下说法正确的是( )图8A ．保持光照强度不变，将R 2的滑动触头P 向b 端滑动，则R 3消耗的功率变大B．保持滑动触头P不动，让光敏电阻周围光线变暗，则小球重新平衡后θ变小C．滑动触头向a端滑动，用更强的光照射R1，则电压表示数变小D．保持滑动触头不动，用更强的光照射R1，则U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值的比值变小答案 C解析R2的滑动触头P的滑动对全电路无影响，保持光照强度不变，R3中电流不变，则R3消耗的功率不变，选项A错误．让光敏电阻周围光线变暗，光敏电阻阻值变大，两金属板之间的电压增大，小球所受电场力变大，则小球重新平衡后θ变大，选项B 错误．用更强的光照射R1，光敏电阻阻值变小，电源输出电流变大，路端电压变小，则电压表示数变小，选项C正确．用更强的光照射R1，则U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值的比值等于电源内阻，不发生变化，选项D错误．二、多项选择题9．某同学将一直流电源的总功率P E、输出功率P R和电源内部的发热功率P r随电流I变化的图线画在了同一坐标上，如图9中的a、b、c所示，以下判断正确的是()图9A．直线a表示电源的总功率P E—I图线B．曲线c表示电源的输出功率P R—I图线C．电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝1 ΩD．电源的最大输出功率P m＝2 W答案AD解析电源的总功率P E＝EI，直线a表示电源的总功率P E—I图线，选项A正确．电源的输出功率P R＝UI＝(E－Ir)I＝EI－I2r，曲线b表示电源的输出功率P R—I图线，曲线c表示电源内部的发热功率P r－I图线，选项B错误．由直线a的斜率可得电源的电动势E＝4 V．选项C错误．当I＝1 A时，电源的最大输出功率P m＝2 W，选项D正确．10．如图10为测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线，用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻组成如下四个电路．则外电路功率相等的是()图10A．图a和图d B．图b和图cC．图a和图b D．图c和图d答案AB解析根据电源的U－I图线可得电源的电动势为4 V，内阻为3 Ω，外电路消耗的功率P＝2·R外R外＋2，当外电阻为1 Ω和9 Ω时，外电路消耗的功率相等，A正确；当外电阻为4.5 Ω和2 Ω时，外电路消耗的功率相等，B正确，C、D错误．11．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图11所示电路，电源的电动势E 和内阻r不变，在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光，若探测装置从无磁场区进入强磁场区．则()图11A．电灯L变暗B．电灯L变亮C．电流表的示数增大D．电流表的示数减小答案BD解析若探测装置从无磁场区进入强磁场区．磁敏电阻阻值增大，电源输出电流减小，路端电压增大，电流表的示数减小，电灯L变亮，选项B、D正确．12．电源、开关S、S′、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图12所示电路，电容器的两平行板水平放置．当开关S、S′闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点．当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，则()图12A．液滴向下运动B．液滴向上运动C．R2两端的电势差是否升高无法分析D．当光照强度不变时断开S′，把电容器的上极板向上移一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高答案BD解析当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，R2两端的电势差降低，R1两端的电势差升高，电容器极板之间电压升高，液滴向上运动，选项B正确，A、C错误．当光照强度不变时断开S′，电容器带电量不变，把电容器的上极板向上移一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高，选项D正确．13．如图13所示电路中，定值电阻R大于电源内阻r，当滑动变阻器滑动端向右滑动后，理想电流表A1、A2、A3的示数变化量的绝对值分别为ΔI1、ΔI2、ΔI3，理想电压表示数变化量的绝对值为ΔU，下列说法中正确的是()图13A．电流表A2的示数一定变小B．电压表V的示数一定增大C．ΔI3一定大于ΔI2D．ΔU与ΔI1比值一定小于电源内阻r答案BD解析当滑动变阻器滑动端向右滑动后，滑动变阻器连入电路的电阻变大，外电路总电阻变大，路端电压变大，电压表V的示数一定增大，电流表A3的示数一定变小，电流表A2的示数一定变大，选项A错误，B正确．ΔI3不一定大于ΔI2，选项C错误．ΔI1一定大于ΔI3，ΔU与ΔI3比值等于电源内阻，ΔU与ΔI1比值一定小于电源内阻r，选项D正确．【解题方法技巧6】极限分析法当题干中所涉及的物理量随条件做单调变化时，或者解为集合的题目，可以将某些起决定性作用的物理量的数值推向极值如设定动摩擦因数趋近于零、一个量与另一个量的关系是“远大于”或“远小于”、斜面的倾角趋近于零和90°、物体的质量趋近于零或无穷大等，通过简单计算、推理及合理性判断，并与一些显而易见的结果、结论和熟悉的物理现象进行对比可得出结论.比如第6题，我们可以把滑动变阻器的滑片P向b滑动的过程采用极限分析法，即移到b 端，这样滑动变阻器被短路，再分析问题就会显得非常简单和直接.同样第12题中，可把光敏电阻的阻值变化为零，分析问题也会更简单.。
电容器的动态分析
U（4）用E ＝dU分析电容器两极板间电场强度的变化。
例题1 如图所示，两块较大的金属板A 、B 平行放置并与一电源相连，S 闭合后，两板间有一质量为m 、电荷量为q 的油滴恰好处于静止状态，以下说法中正确的是（ ）A. 若将A 板向上平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G 中有b →a 的电流B. 若将A 板向左平移一小段位移，则油滴仍然静止，G 中有b →a 的电流C. 若将S 断开，则油滴立即做自由落体运动，G 中无电流D. 若将S 断开，再将A 板向下平移一小段位移，则油滴向上加速运动，G 中有b →a 的电流思路分析：根据电路图可知，A 板带负电，B 板带正电，原来油滴恰好处于静止状态，说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与重力平衡；当S 闭合，若将A 板向上平移一小段位移，则板间间距d 变大，而两板间电压U 此时不变，故板间场强E ＝dU变小，油滴所受合力方向向下，所以油滴向下加速运动，而根据C ＝kdSr πε4可知，电容C 减小，故两板所带电荷量Q 也减小，因此电容器放电，所以G 中有b →a 的电流，选项A 正确；在S 闭合的情况下，若将A 板向左平移一小段位移，两板间电压U 和板间间距d 都不变，所以板间场强E 不变，油滴受力平衡，仍然静止，但是两板的正对面积S 减小了，根据C ＝kdSr πε4可知，电容C 减小，两板所带电荷量Q 也减小，电容器放电，所以G 中有b →a 的电流，选项B 正确；若将S 断开，两板所带电荷量保持不变，板间场强E 也不变，油滴仍然静止，选项C 错误；若将S 断开，再将A 板向下平移一小段位移，两板所带电荷量Q 仍保持不变，两板间间距d 变小，根据C ＝kd S r πε4，U ＝C Q 和E ＝d U ，可得E ＝SrQr επ4，显然，两板间场强E 不变，所以油滴仍然静止，G 中无电流，选项D 错误。
答案：AB例题 2 如图所示，水平放置的平行板电容器，两板间距为d 。
平行板电容器动态分析专题
平行板电容器动态分析专题
一、 理论支持
① U
Q
C =
(定义式) ② kd s C r πε4= （决定式 适用于平行板电容器）
③ d
U
E = （适用于匀强电场） ④ q E p =ϕ q W U = （适用于任何电场）
及其它相关知识。
二、 两个基本情况与两个常见问题
Ⅰ 两个基本情况
① 电容器两板电势差不变（常表现为与电源连接）； ② 电容器带电荷量保持不变（充电后断开）。
Ⅱ 两个常见问题
① ！ ② 针对电场强度（电场力的性质），设计有关力的问题。
如，平衡与非平衡问题； ③ 针对电势（电场能的性质），设计有关能的问题。
如，电势升降与电势能变化问题。
三、 情况Ⅰ-----电容器两板电势差不变,
&
(U d ↑→^
四、情况Ⅱ 电容器带电荷量保持不变，板间距离d 增大（设下板向下移）
E 不变
A ↓C → 对应正电荷的电势能减小，负电
荷的电势能增大 C ↓
Q ↓
A U
Q =
d
E=Ud=CQd=
Qd s
r ε
d↑
(Q不变)
C↓U↑E。
高考物理一轮复习学案：电容器及电容器的动态分析
电容器及电容器的动态分析一、知识点梳理类型 解题关键电容器与电源断开（ ）不变电容器与电源连接（ ）不变平行板电容器动态的分析思路确定不变量 电容器保持与（ ）相连U 不变；电容器充电后与电源断开，Q 不变判断电容变化 由决定式C ＝（ ）确定电容器电容的变化判断Q 或U 的变化 由定义式C ＝Q U判断电容器所带电荷量Q 或两极板间电压U 的变化判断场强的变化由E ＝（ ）分析电容器两极板间场强的变化二、练习题1.如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，两板间有一个带负电的试探电荷固定在P 点。
静电计的金属球与电容器的负极板连接，外壳接地。
以E 表示两板间的电场强度，φ表示P 点的电势，E p 表示该试探电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角。
若保持负极板不动，将正极板缓慢向右平移一小段距离(静电计所带电荷量可忽略不计)，各物理量变化情况描述正确的是( )A ．E 增大，φ降低，E p 减小，θ增大B ．E 不变，φ降低，E p 增大，θ减小C ．E 不变，φ升高，E p 减小，θ减小D ．E 减小，φ升高，E p 减小，θ减小解析：选C 将正极板向右水平移动，两板间距减小，根据C ＝εr S 4πkd 可知，电容C增大，因电容器充电后与电源断开，则电容器的电荷量Q 不变，由C ＝Q U得知U 减小，因此夹角θ减小，再由E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQεr S可知E 不变；P 点到正极板的距离减小，且正极板接地，由U ＝Ed 知，P 点电势φ升高，负电荷在P 点的电势能E p 减小，故只有C 正确。
2．（多选)如图，某电容器由两水平放置的半圆形金属板组成，板间为真空。
两金属板分别与电源两极相连，下极板固定，上极板可以绕过圆心且垂直于半圆面的轴转动。
起初两极板边缘对齐，然后上极板转过10°，并使两极板间距减小到原来的一半。
假设变化前后均有一电子由静止从上极板运动到下极板。
高考物理一轮复习微专题训练19 电容器的动态分析 Word版含解析[ 高考]
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微专题训练19电容器的动态分析1．(单选)如图1所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地．一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离()．图1A．带电油滴将沿竖直方向向上运动B．P点的电势将降低C．带电油滴的电势能将减少D．若电容器的电容减小，则极板带电荷量将增大解析因为电容器两板电压不变，当两板间距离d增大，电场强度E减小，φP ＝Ex P减小，P点的电势降低，故选项A错B对；又根据带电油滴平衡可判断其带负电，它在P点的电势能增大，选项C错误；电容器的电容减小，则极板带电荷量将减小，选项D错，故答案为B.答案 B2．(单选)如图2所示，A、B为平行板电容器的金属板，G为静电计．开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度．为了使指针张开角度增大一些，应该采取的措施是()．图2A．断开开关S后，将A、B两极板靠近一些B．断开开关S后，将A、B两极板分开一些C．保持开关S闭合，将A、B两极板靠近一些D．保持开关S闭合，将A、B两极板分开一些解析使指针张开角度增大一些，就是增大静电计两端的电压，当开关S闭合时，电压一定，则C、D错误；断开开关S后，电容器带电荷量一定，由C＝Q/U可知增大电容器两极板之间电压，需减小电容C，由平行板电容器电容的决定式C＝εr S4πkd知，保持S不变，增大d，电容C减小，则A错误、B正确．答案 B3．(多选)平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图3所示，则()．图3A．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ角增大B．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ角不变C．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ角增大D．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ角不变解析球在电场中平衡，则所受电场力、重力及绳的拉力的合力为零．由平衡条件得tan θ＝qEmg，故要判断θ的变化，只需判断电场强度E的变化即可．S闭合时，U不变，A向B靠近，d减小，由E＝Ud，可知E增大，θ角增大，故A正确．S断开，则Q不变，A向B靠近，E不变，则θ角不变，故D项正确．答案AD4．(单选)某电容式话筒的原理示意图如图4所示，E为电源，R为电阻，薄片P 和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中()．图4A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C．M点的电势比N点的低D．M点的电势比N点的高解析由公式C＝εr S4πkd可知，当PQ间距增大时，C减小，故A错误．由C＝QU可知，在U不变时，C减小，Q减小，即电容器放电，R中的电流方向从M到N，则M点电势高于N点，故B、C错误，D正确．答案 D5．(单选)电源和一个水平放置的平行板电容器、三个电阻组成如图5所示的电路．当开关S闭合后，电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态．现将开关S断开，则以下判断正确的是()．图5A ．液滴仍保持静止状态B ．液滴将向下运动C ．电容器上的带电荷量将减为零D ．电容器将有一个瞬间的充电过程解析 由带电液滴处于静止状态，可知此时mg ＝U d q ，开关闭合时电容器两端的电压U 等于电阻R 2两端的电压，开关断开时电容器两端的电压等于电源电动势E ，因E >U ，故带电液滴将向上运动，选项A 、B 错误；因Q ＝CU ，开关断开时电容器两端的电压增大，电容器将充电，C 项错误，D 项正确．答案 D6．(多选)板间距为d 的平行板电容器所带电荷量为Q 时，两极板间的电势差为U 1，板间场强为E 1，电容器的电容为C 1.现将电容器所带电荷量变为3Q ，板间距变为d 3，其他条件不变，这时两极板间电势差为U 2，板间场强为E 2，电容器电容为C 2，下列说法正确的是( )．A ．C 2＝3C 1，U 2＝U 1B ．C 2＝3C 1，E 2＝4E 1C ．U 2＝U 1，E 2＝3E 1D ．U 2＝2U 1，E 2＝2E 1解析 当电容器所带电荷量为Q ，板间距为d 时，电容器电容C 1＝εr S 4πkd ，U 1＝Q C 1＝4πkdQ εr S ，E 1＝U 1d ＝4πkQ εr S ；当电荷量变为3Q ，板间距变为d 3时，电容器电容C 2＝εr S 4πk d 3＝3C 1，U 2＝3Q C 2＝4πkdQ εr S ＝U 1，E 2＝U 2d 3＝12πkQ εr S ＝3E 1，选项A 、C 正确．答案 AC7．(单选)如图6所示，水平放置的平行金属板a 、b 分别与电源的两极相连，带电液滴P 在金属板a 、b 间保持静止，现设法使P 固定，再使两金属板a 、b 分别绕中心点O 、O ′处垂直于纸面的轴顺时针转相同的小角度α，然后释放P ，则P在电场内将做()．图6A．匀速直线运动B．水平向右的匀加速直线运动C．斜向右下方的匀加速直线运动D．曲线运动解析设电源两端的电压为U，两金属板间的距离为d，带电液滴的质量为m，带电荷量为q，则液滴P静止时，由平衡条件可得：q Ud＝mg.金属板转动后，P所受的电场力大小为F＝qUd cos α，方向与竖直方向成α角指向右上方，电场力大于重力，但电场力在竖直方向的分量F1＝F·cos α＝qUd·cos α·cos α＝qUd＝mg.故电场力和重力的合力水平向右，即P做水平向右的匀加速直线运动．答案 B。
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高中物理电容器的动态分析 对于电容器的动态分析问题，我们一定要注意两个关系式，即定义式U Q C =和决定式kd
4S C πε=（此式虽然不要求定量计算，但有助于我们理解一些物理量的变化对电容器电容大小的影响），在分析解决问题时可同时应用。
在综合应用电容和电场的知识时，应注意电容器充电后切断电源（Q 不变）和不切断电源（U 不变）两种不同情况。
一、保持电容器两极板电压不变的情况
例1. 两块大小、形状完全相同的金属板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连的电路如图1所示。
接通开关S ，电源即给电容器充电：（ ）
A. 保持S 接通，减小两极板间的距离，则两极板间的电场强度减小；
B. 保持S 接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量增大；
C. 断开S ，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小；
D. 断开S ，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大。
解析：S 接通保持U 不变，由场强d
U E =得d 减小，E 增大，故A 错误；插入介质后，C 增大，根据CU Q =可知极板上的电量增大，故B 正确；当S 断开时，极板上的电量不变，减小板间距离，则C 增大，据U Q C =
可知U 减小，故C 正确；在两极板间插入介质，则C 增大，据U
Q C =可知U 减小，故D 错误，故答案应为BC 。
点评：解答本题关键是S 接通时，两极板间电压不变；断开S 时，两极板间所带电量不变，同时我们能够看出利用kd 4S C πε=
这一电容的决定式定性的分析电容器的变化很方便。
二、保持电容器两极板电量不变的情况
例2. 如图2所示，一平行板电容器经开关S 与电池相连，闭合S 后又断开，电容器的负极板接地，在两极板间a 点有一电量非常小的正电荷，以E 表示两极板间的电场强度，U 表示电容器的电压，ε表示正电荷在a 点的电势能，现将电容器的A 板稍微下移，使两板间的距离减小，则：（ ）
A. U 变小，E 不变；
B. U 变大，ε变大；
C. U 变小，ε不变；
D. U 不变，ε不变。
解析：因开关S 断开后，电容器两极板所带的电量保持不变，由d
U E =，C Q U =知，Cd Q E =，对于平行板电容器，kd 4S C πε=，所以S
Q k 4E επ=，显然，两极板间场强E 与d 无关，当电容器的A 板稍微下移，d 减小，U 减小，则A 正确；根据ϕ=εq 得A 板移动以前111qEd q =ϕ=ε，同理，移动以后，12qEd =ε，所以，21ε=ε，则C 正确，故答案应为AC 。
点评：电容器充电后和电源断开，极板上的电量不变，板间距离减小时，电容增大，极板间电压减小，但电场强度不变，难点是判断电势能如何变化，判断电荷电势能有两种方法：
（1）根据公式ϕ=εq ；（2）把该电荷移到零电势点看电势能的变化情况。